低共熔溶剂中原位合成ZIF-8膜及其气体分离性能

doi:10.3866/PKU.WHXB2016032803

物理化学学报 >> 2016, Vol. 32 >> Issue (6): 1495-1500.doi: 10.3866/PKU.WHXB2016032803

低共熔溶剂中原位合成ZIF-8膜及其气体分离性能

厉晓蕾^1,²,陶硕^1,²,李科达¹,王亚松^1,²,王苹^1,²,田志坚^1,^3,*()

¹ 中国科学院大连化学物理研究所,洁净能源国家实验室,辽宁大连116023
² 中国科学院大学,北京100049
³ 中国科学院大连化学物理研究所,催化基础国家重点实验室,辽宁大连116023

收稿日期:2016-01-12 发布日期:2016-06-03
通讯作者: 田志坚 E-mail:tianz@dicp.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21373214);中国科学院战略性先导科技专项(XDA07020300)

In situ Synthesis of ZIF-8 Membranes with Gas Separation Performance in a Deep Eutectic Solvent

Xiao-Lei LI^1,²,Shuo TAO^1,²,Ke-Da LI¹,Ya-Song WANG^1,²,Ping WANG^1,²,Zhi-Jian TIAN^1,^3,*()

¹ National Laboratory of Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning Province, P. R. China
² University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China
³ State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning Province, P. R. China

Received:2016-01-12 Published:2016-06-03
Contact: Zhi-Jian TIAN E-mail:tianz@dicp.ac.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(21373214);Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA07020300)

摘要/Abstract

摘要：

在α-氧化铝载体上，采用原位合成法，在尿素/氯化胆碱低共熔溶剂中合成了ZIF-8膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的ZIF-8膜进行了表征。考察了反应溶液浓度、降温速率对ZIF-8膜合成的影响。通过优化合成条件合成了表面平整致密，厚度为8 μm的ZIF-8膜。采用Wicke-Kallenbach技术对优化条件下合成的ZIF-8膜进行了单组分气体渗透和双组分混合气体分离性能表征。在室温(293 K)下，ZIF-8膜对H2/CO2、H2/O2、H2/N2、H2/CH4双组分气体的分离系数分别为7.4、5.2、9.1、13.8，均大于相应的努森扩散分离系数，说明合成的ZIF-8膜具有分子筛分性能。

关键词: 金属有机骨架, 低共熔溶剂, ZIF-8膜, 气体分离, 分子筛分

Abstract:

ZIF-8 membranes were prepared on α-alumina substrates in a urea/choline chloride(ChCl)baseddeep eutectic solvent using an in situ method.The synthesized ZIF-8 membranes were characterized using Xraydiffraction(XRD)and scanning electron microscopy(SEM).The effects of the concentration of the reactionsolution and the cooling rate on ZIF- 8 membrane synthesis were investigated.The results indicate thatincreasing the concentration of the reaction solution and reducing the cooling rate are beneficial for synthesizingcontinuous ZIF-8 membranes.A continuous and compact ZIF-8 membrane with a thickness of about 8 μm wasobtained on the substrate by optimizing the synthetic conditions.The single gas permeation and binary mixturegas separation performances of the ZIF-8 membrane prepared under the optimized synthetic conditions weredetermined using the Wicke-Kallenbach technique.For equimolar gas mixtures at room temperature(293 K),the separation factors for H2/CO2,H2/O2,H2/N2,and H2/CH4 were 7.4,5.2,9.1,and 13.8,respectively.All theseparation factors exceed the corresponding Knudsen diffusion coefficients,indicating that the ZIF-8 membranedisplays molecular sieving performance.

Key words: Metal-organic framework, Deep eutectic solvent, ZIF-8 membrane, Gas separation, Molecular sieving

MSC2000:

O647

厉晓蕾,陶硕,李科达,王亚松,王苹,田志坚. 低共熔溶剂中原位合成ZIF-8膜及其气体分离性能[J]. 物理化学学报, 2016, 32(6): 1495-1500.

Xiao-Lei LI,Shuo TAO,Ke-Da LI,Ya-Song WANG,Ping WANG,Zhi-Jian TIAN. In situ Synthesis of ZIF-8 Membranes with Gas Separation Performance in a Deep Eutectic Solvent[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(6): 1495-1500.

参考文献

1	Li H. L. ; Eddaoudi M. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Nature 1999, 402, 276.
2	Park K. S. ; Ni Z. ; Cote A. P. ; Choi J. Y. ; Huang R. ; Uribe-Romo F. J. ; Chae H. K. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 10186.
3	Phan A. ; Doonan C. J. ; Uribe-Romo F. J. ; Knobler C. B. ; O'Keeffe M. ; Yaghi O. M. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 58.
4	Caro J. Curr. Opin. Chem. Eng. 2011, 1, 77.
5	Peng Y. ; Li Y. S. ; Ban Y. J. ; Jin H. ; Jiao W. M. ; Liu X. L. ; Yang W. S. Science 2014, 346, 1356.
6	Xu H. ; Tong M. M. ; Wu D. ; Xiao G. ; Yang Q. Y. ; Liu D. H. ; Zhong C. L. Acta Phys. -Chim. Sin 2015, 31, 41.
6	许红; 童敏曼; 吴栋; 肖刚; 阳庆元; 刘大欢;仲崇立. 物理化学学报, 2015, 31, 41.
7	Gong J. H. ; Wang C. H. ; Bian Z. J. ; Yang L. ; Hu J. ; Liu H. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 1963.
7	龚金华; 王臣辉; 卞子君; 阳立; 胡军;刘洪来. 物理化学学报, 2015, 31, 1963.
8	Xie Z. ; Wang J. Q. ; Yang J. H. ; Yin H. M. ; Yin D. H. ; Zhang Y. Membr. Sci. Technol 2014, 34, 30.
8	谢忠; 王金渠; 杨建华; 殷慧敏; 殷德宏; 鲁金明;张艳. 膜科学与技术, 2014, 34, 30.
9	Li Y. S. ; Liang F. Y. ; Bux H. ; Feldhoff A. ; Yang W. S. ; Caro J. Angew. Chem. Int. Edit 2010, 49, 548.
10	Bux H. ; Liang F. Y. ; Li Y. S. ; Cravillon J. ; Wiebcke M. ; Caro J. J. J.. Am. Chem. Soc 2009, 131, 16000.
11	Ban Y. J. ; Li Z. J. ; Li Y. S. ; Peng Y. ; Jin H. ; Jiao W. M. ; Guo A. ; Wang P. ; Yang Q. Y. ; Zhong C. L. ; Yang W. S. Angew. Chem. Int. Edit 2015, 54, 15483.
12	Huang A. S. ; Bux H. ; Steinbach F. ; Caro J Angew. Chem. Int. Edit 2010, 49, 4958.
13	Liu Y. Y. ; Zeng G. F. ; Pan Y. C. ; Lai Z. P. J. Membr. Sci. 2011, 379, 46.
14	Dong X. L. ; Huang K. ; Liu S. N. ; Ren R. F. ; Jin W. Q. ; Lin Y. S. J. Mater. Chem 2012, 22, 19222.
15	Huang A. S. ; Caro J. Angew. Chem. Int. Edit 2011, 50, 4979.
16	Xu G. S. ; Yao J. F. ; Wang K. ; He L. ; Webley P. A. ; Chen C. S. ; Wang H. T. J. Membr. Sci 2011, 385- 386, 187.
17	Li S. H. ; Liu H. O. ; Zhang X. F Membr. Sci. Technol. 2014, 34, 65.
17	李绍辉; 刘海鸥;张雄福. 膜科学与技术, 2014, 34, 65.
18	Peng Y. ; Lu X. F. ; Wang Z. B. ; Yan Y. S Angew. Chem. Int. Edit 2015, 54, 5709.
19	Du S. H. ; Liu Y. G. ; Kong L. Y. ; Zhang J. ; Liu H. O. ; Zhang X. F. J. Inorg. Mater 2013, 27, 1105.
19	杜淑慧; 刘亚光; 孔令寅; 张健; 刘海鸥;张雄福. 无机材料学报, 2013, 27, 1105.
20	Zhao Z. X. ; Xu F. ; Li Z Journal of Chemical Industry and Engineering 2014, 65, 1673.
20	赵祯霞; 许锋;李忠. 化工学报, 2014, 65, 1673.
21	Xie Z. ; Yang J. H. ; Wang J. Q. ; Bai J. ; Yin H. M. ; Yuan B. ; Lu J. M. ; Zhang Y. ; Zhou L. ; Duan C. Y. Chem. Commun. 2012, 48, 5977.
22	Yao J. F. ; Dong D. H. ; Li D. ; He L. ; Xu G. S. ; Wang H.T. Chem. Commun 2011, 47, 2559.
23	Fan L. L. ; Xue M. ; Kang Z. X. ; Li H. ; Qiu S. L. J. Mater. Chem 2012, 22, 25272.
24	Cooper E. R. ; Andrews C. D. ; Wheatley P. S. ; Webb P. B. ; Wormald P. ; Morris R. E. Nature 20004, 430, 1012.
25	Parnham E. R. ; Drylie E. A. ; Wheatley P. S. ; Slawin A. M. Z. ; Morris R. E. Angew. Chem. Int. Edit 2006, 45, 4962.
26	Li K. D. ; Tian Z. J. ; Li X. L. ; Xu R. S. ; Xu Y. P. ; Wang L. ; Ma H. J. ; Wang B. C. ; Lin L.W. Angew. Chem. Int. Edit. 2012, 51, 4397.
27	Li X. L. ; Li K. D. ; Ma H. J. ; Xu R. S. ; Tao S. ; Tian Z.J. Microporous Mesoporous Mat 2015, 217, 54.
28	Li K. D. ; Li X. L. ; Wang Y. S. ; Li D.W. ; Liu H. ; Xu R. S. ; Tian Z. J. Acta Chim. Sin 2013, 71, 573.
28	李科达; 厉晓蕾; 王亚松; 李大伟; 刘浩; 徐仁顺;田志坚. 化学学报, 2013, 71, 573.
29	Tao S. ; Xu R. ; Li X. L. ; Li D.W. ; Ma H. J. ; Wang D. E. ; Xu Y. P. ; Tian Z. J. J. Colloid Interface Sci 2015, 451, 117.
30	Parnham E. R. ; Morris R. E. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1005.
31	Martins G. A. V. ; Byrne P. J. ; Allan P. ; Teat S. J. ; Slawin A. M. Z. ; Li Y. ; Morris R. E. Dalton Trans 2010, 39, 1758.
32	Yang L. S. ; Lu H. M. Chin. J. Chem 2012, 30, 1040.
33	Wang Y. S. ; Xu Y. P. ; Ma H. J. ; Xu R. S. ; Liu H. ; Li D.W. ; Tian Z. J. Microporous Mesoporous Mat 2014, 195, 50.
34	Wang Y. S. ; Xu Y. P. ; Li D.W. ; Liu H. ; Li X. L. ; Tao S. ; Tian Z. J. Chin. J. Catal 2015, 36, 855.
35	Jones A. G. ; Mullin J.W. Chem. Eng. Sci 1974, 29, 105.
36	Dirksen J. A. ; Ring T. A. Chem. Eng. Sci 1991, 46, 2389.
37	Hara N. ; Yoshimune M. ; Negishi H. ; Haraya K. ; Hara S. ; Yamaguchi T. J.Membr. Sci. 2014, 450, 215.
38	Zhou W. ; Wu H. ; Udovic T. J. ; Rush J. J. ; Yildirim T. J.Phys. Chem. 2008, 112, 12602.

[1]	孙宇恒, 高铭达, 李慧, 徐丽, 薛晴, 王欣然, 白莹, 吴川. 金属有机骨架材料在金属锂电池界面的应用[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2007048 - .
[2]	付静茹,贲腾,裘式纶. 聚合物支撑的金属有机骨架膜的制备及其气体分离性能[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1901079 - .
[3]	程龙,刘公平,金万勤. 二维材料膜在气体分离领域的最新研究进展[J]. 物理化学学报, 2019, 35(10): 1090 -1098 .
[4]	陈文君,薛智敏,王晋芳,蒋静云,赵新辉,牟天成. 低共熔溶剂的热稳定性研究[J]. 物理化学学报, 2018, 34(8): 904 -911 .
[5]	侯玉翠,么聪菲,吴卫泽. 低共熔溶剂：一种应用在混合物分离过程中的绿色溶剂[J]. 物理化学学报, 2018, 34(8): 873 -885 .
[6]	林雪婷,付名利,贺辉,吴军良,陈礼敏,叶代启,胡芸,王逸凡,WENWilliam. 以金属有机骨架为牺牲模板制备MnO_x-CeO₂及其催化氧化[J]. 物理化学学报, 2018, 34(6): 719 -730 .
[7]	王亚丹,肖强,钟依均,朱伟东. 密胺苯二醛多孔聚合物/聚二甲基硅氧烷混合基质膜的制备及气体分离性能[J]. 物理化学学报, 2017, 33(10): 2058 -2063 .
[8]	龚金华,王臣辉,卞子君,阳立,胡军,刘洪来. 多孔材料表面修饰聚酰亚胺非对称混合基质膜对CO₂/N₂和CO₂/CH₄的气体分离[J]. 物理化学学报, 2015, 31(10): 1963 -1970 .
[9]	姜俊, 李钢, 孔令浩. 金属有机骨架材料负载镍纳米颗粒催化硝基苯加氢[J]. 物理化学学报, 2015, 31(1): 137 -144 .
[10]	谭晓荷, 周功兵, 窦镕飞, 裴燕, 范康年, 乔明华, 孙斌, 宗保宁. 苯部分加氢制环己烯新型Ru-B/MOF催化剂[J]. 物理化学学报, 2014, 30(5): 932 -942 .
[11]	谭海燕, 吴金平. 金属有机骨架材料MIL-53（Al）负载钴催化剂的CO催化氧化反应性能[J]. 物理化学学报, 2014, 30(4): 715 -722 .
[12]	梁倩, 赵震, 刘坚, 韦岳长, 姜桂元, 段爱军. 金属有机骨架材料MIL-53(Al)负载纳米Pd颗粒：一种CO氧化的活性催化剂[J]. 物理化学学报, 2014, 30(1): 129 -134 .
[13]	王朝阳, 李钢, 孙志国. 磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(11): 2422 -2428 .
[14]	吴选军, 郑佶, 李江, 蔡卫权. 多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2207 -2214 .
[15]	周印羲, 梁曙光, 宋金良, 吴天斌, 胡素琴, 刘会贞, 姜涛, 韩布兴. 金属有机骨架化合物催化合成不对称有机碳酸酯[J]. 物理化学学报, 2010, 26(04): 939 -945 .

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